表麵（miàn）強化技術在單螺杆泵轉（zhuǎn）子上的應用（yòng）現狀及展望

                                                                                                                                                                                                   黃吉平（píng），楊玲，馮勝強

                          （1. 寧波91污视频減變速機公司（sī），浙江 寧波 315200；2. 杭州興龍泵業有（yǒu）限公司，浙江 杭州 310018；3. 中國兵器材（cái）料（liào）科學研究院寧波分院，浙江 寧波 315103）

摘要：螺杆泵中螺杆的失效（xiào）形式主要為磨損失效（xiào）。主要介紹了螺杆泵轉子表麵強化技術國內外發展水平。在此（cǐ）基礎上，分別介紹了激光（guāng）合金化技術、熱噴塗常規塗層技術、稀土增強陶瓷塗層技術，著重介紹了稀土增強陶瓷塗層的耐磨損及防腐蝕性能（néng）。對未來發展趨勢與應用前（qián）景進行了展望。

引言

螺（luó）杆泵轉子與定子是整機一大關鍵部件，螺杆最 常見的失效形式是磨損和腐（fǔ）蝕，它的壽命直接影響了該機組（zǔ）的質量。國內現有常用耐磨（mó）材料及表麵強化技術不能有效提高轉子的（de）使用壽命，與進口轉子尚（shàng）有較大差距。為此，研究人員不斷探索，試圖（tú）通過采用高合金耐磨耐（nài）腐（fǔ）蝕（shí）材料（liào）和提高製件硬度來達到延長螺（luó）杆磨損（sǔn）壽命，然而，這種（zhǒng）方法會使得材料中的貴重金屬含量不斷提高。此外，螺杆泵（bèng）的磨（mó）損和腐蝕均發生在部件表麵，中心部位的高合金材料同樣是一個（gè）極大浪費造。針（zhēn）對這種情（qíng）況，采用材料表麵噴塗耐磨損、耐腐（fǔ）蝕的塗層和針對陶瓷材料噴塗工藝缺陷實施封堵技術，可（kě）以充分發揮塗層材料的作用，大幅度降低製件的製造成本，節約貴重金屬資源，該項技術具有良好的社會效（xiào）益和直接的經濟效益。

1 國內外技術（shù）差距

在（zài）螺杆的表麵進行（háng）強化處理方（fāng）麵（miàn），歐美發達（dá）國家（jiā）尤其是德國始（shǐ）終走在前列（liè）。比如，德（dé）國最 佳螺杆耐磨損保護技術是由Battenfeld Extrusiontechnik公司新開發的BexaliOJ螺棱覆層技術，使擠出加工生產安全可（kě）靠性和耐磨性都達到最 佳狀態。試生產結果表明，采用Bexalit覆層保護技術的螺杆（gǎn），其耐磨損性能（néng）比（bǐ）常規的氮化處理螺杆（gǎn）提高幅度達100％。該公司采用的可重（chóng）複進行的等離子一（yī）粉末—鑲（xiāng）焊覆層技術。基材和鑲焊層（céng）之間的金屬結（jié）合完全、徹底，因此可避免覆層（céng）時預（yù）熱和冷卻中應力裂紋。接（jiē）下來的等離子氮化處理過程使得螺杆螺棱和料筒壁（bì）之間的運轉性能（néng）進一步提高。

目前，國內在（zài）螺杆表麵進行強化處理方（fāng）麵的技術及成果與歐美發（fā）達（dá）國家相比還存在較大差距。如國產（chǎn）含鎳高鉻白口鑄鐵轉子壽命是進口鎳硬（yìng）白口鑄鐵壽命的78%；45#鋼基體轉子表麵噴焊（hàn）Ni60+WC預保護轉子壽命是33%；45#鋼基體轉子碳氮共（gòng）滲（shèn）處理壽命是44%；45#鋼基體轉子表麵堆焊耐磨焊（hàn）條與保（bǎo）護轉子壽命是40%；45#鋼（gāng）基體表麵電鍍硬鉻（gè）轉子壽命＜22%。由此可見，雖然國內已經在轉子基體表麵（miàn）進行了眾多處理，但（dàn）是結果並不盡如人意。

2 激光合（hé）金化技術

激光合（hé）金化技術國內提出了一種性價比高、具有（yǒu）抗高溫粘著磨損和優（yōu）良抗腐蝕性能的激光合金化技術來進行螺杆的表（biǎo）麵強化，以滿足成型增強改性塑料原料的需求。采用高科技（jì）的納米超細合金粉，在易磨損的螺（luó）杆表麵構成激（jī）光合金化複合塗層。螺杆基體材料選用（yòng）40Cr鋼，采用紅硬性優、抗腐蝕性（xìng）能良的超細合金粉(1～5μm)，具有良好抗粘著磨損的A1超細（xì）合金粉（fěn）(1～5μm)和納米碳管混合合金，其質（zhì）量比為1：1：1，組成的化學元（yuán）素有（yǒu）C，W，Co，Cr，Ni，Mo等。采用固體（tǐ）激光器表麵熔（róng）覆技（jì）術（shù）處理，實現塗層與基體的冶金結合。經激光合（hé）金化強化後的螺杆使用壽命至少提高了2倍以上（shàng）。上世紀末，馬鞍山礦山研究院針對混凝土濕噴射噴（pēn）整機泵轉子采用高鉻鑄鐵轉（zhuǎn）子（zǐ）使（shǐ）用壽命與國外尚有較大差距問題，開展了（le）一種新（xīn）型的以45鋼為（wéi）基體材（cái）料的硬麵（miàn）預保護轉子技術，該技術采（cǎi）用了噴焊工藝，通過在鎳基上複合添加Cr、Mo與W，在氧乙炔高溫條件下（xià）促使形成高硬度高耐（nài）磨的第二相六方、立方（fāng）碳化物，促使生成Laves相與第二相的彌散分布強化噴焊層基（jī）體。

3 熱噴塗常規塗層技術（shù）

近年（nián）來，噴塗陶瓷塗層在抗磨損方麵顯示出了優良的性能，但螺杆轉子塗層（céng）的破壞往往是（shì）因塗層的剝落造成的。目前（qián），造成塗層（céng）剝落的直（zhí）接原因是（shì）塗層與基體的結合不利造成了塗層過早（zǎo）剝落，這一現象已經達成了廣泛共識（shí）。通過觀察分析發現，塗層與基體界麵處的腐蝕嚴重的削弱了塗層（céng）的結合，使得轉子在（zài）使用一段（duàn）時間後就發生塗層成片的脫（tuō）落，這種現象在有腐蝕（shí）性的濕性介質中更（gèng）為突出。

在現有技（jì）術（shù）條件下，無論塗層是以燒（shāo）結（jié）或是各（gè）種噴塗（tú）技術途徑形成的，氣孔、疏鬆都是（shì）塗層（céng）客觀（guān）存在的缺陷。如能阻斷腐蝕介質通過對塗層內部的疏鬆、氣孔對塗層與基體界麵的腐蝕，同時提高界麵的抗腐蝕能力和進一步提高塗層自身的結構強度，就能有效地提高塗層的結（jié）合強度，在該複（fù）合技（jì）術途徑的綜合（hé）作用下，可以實現在現有技（jì）術條件下采用熱噴塗陶瓷塗層在螺杆泵（bèng）轉子上的應用。

4 稀（xī）土增強陶瓷塗層技術

近年來，寧波（bō）鎮（zhèn）海減變速機公司通過與杭州（zhōu）興龍泵業有（yǒu）限（xiàn）公司、中國兵器科學研究院寧波分院合作，研究（jiū）開發了稀土增強陶瓷塗（tú）層技術，並達到了抗磨損、抗腐蝕優良性能的效果。該技術主要途徑是：螺杆轉（zhuǎn）子表麵防腐塗鍍處理——稀土增（zēng）韌陶（táo）瓷粉體（tǐ）處理——高能熱噴塗陶瓷塗層——塗層真空有（yǒu）機封堵處理等技術。通過摩擦磨損實驗對塗層及基體材料進行了比較測試，測試結果如表1所示。磨損試驗選擇栓盤幹磨（mó）損方（fāng）式進行，對磨（mó）體（tǐ）選用￠5mmGCr15鋼球，載荷分別為30N、90N。速（sù）度為500r/min，磨損時間為30min。Cr12MoV鋼（gāng）經淬火+回火熱處理，硬度為HRC58～62。

                     表1  塗層及基體材料摩擦磨（mó）損性能

表2為（wéi）塗層與（yǔ）基體材料抗腐蝕性能實驗結（jié）果對比圖。由圖中可以看出，稀土陶（táo）瓷塗層的腐蝕性能最 好。腐蝕介質為HCl水溶（róng）液腐蝕，HCl+去離子水（shuǐ）（10% HCl），PH值1，顯強酸性。在（zài）經過800h、1500h和2000h的鹽霧試驗後，表麵未發生（shēng）任何腐蝕現象。相比之下，WC30%+Fe塗（tú）層、CrC塗層（céng）以及Cr12MoV鋼基體的（de）腐蝕（shí）情況要比稀土陶瓷（cí）塗層的嚴重很多，尤其是Cr12MoV鋼基體在800h以後（hòu），其表麵腐蝕已經非常嚴重。四種材料（liào）的表麵腐蝕情況如圖1至圖4所示。

                      表2  塗層及基（jī）體材（cái）料抗腐蝕性能

圖1 稀土增強陶瓷塗層2000h腐蝕              圖2 WC30%+Fe陶瓷塗（tú）層1500h腐蝕（shí）樣品（pǐn）

圖3 CrC陶瓷塗層1500h腐蝕樣品                圖4 4Cr13鋼800h腐蝕樣品

塗層抗變形能力測試結果如圖5和（hé）圖6所示。實驗采用布氏（shì）硬（yìng）度壓痕法，鋼球直徑10mm，載荷1800N，測試樣品經（jīng）1500h腐蝕測試（shì）後（hòu）進（jìn）行壓痕測試。

圖5 稀土增強陶（táo）瓷塗層壓痕樣品                  圖6 CrC陶瓷塗層樣品

5 展望

在（zài）熱（rè）噴塗（tú）耐磨塗層，尤其（qí）在（zài）螺杆泵技術領域的塗層采用真（zhēn）空浸滲技術封堵塗層缺陷的報（bào）道還鮮有報道，且（qiě）未見（jiàn）成果（guǒ）應用。開展這一領域研究，在國內具有一定的技術先進性，在螺杆泵行業也有領先技術的優勢。

寧波91污视频減變速機公（gōng）司借助了國防工（gōng）業設備及（jí）技術的先進優勢，在噴塗技術途（tú）徑上采用了先進的超音（yīn）速火焰噴（pēn）塗技術和等離子噴塗技術，獲得了優良的塗層質量。塗層防腐技術途徑采用了真空封堵技術途徑，有效克服了噴塗塗層的製備缺陷，同時也有效地提高了塗層的結構強度。

目前，在塗鍍層上應用真空浸滲技術封堵塗鍍層中（zhōng）的缺陷的已（yǐ）有研（yán）究，但進展較（jiào）慢，由於受封堵劑的限（xiàn）製（zhì），在納（nà）米粒子浸滲劑的領域落後國外。目前兵器行業某研究所從匈牙利引進的真空封堵劑采用了矽酸鹽納米粒子技術（shù），使得（dé）鋁、鎂合金微弧氧化層、鋁合金陽極化層的（de）封堵獲得（dé）良好效果，使（shǐ）得塗層的（de）耐腐蝕性能成倍獲得提高。同（tóng）時，在塗層與基體界（jiè）麵的處理上，采（cǎi）用了無裂紋塗鍍（dù）層技術，無晶化鍍層處理，有效提高了基體的抗腐蝕性能，使45鋼基體（tǐ）達（dá）到不鏽鋼的耐酸堿腐蝕能力，有（yǒu）效增加了塗層的抗腐蝕性（xìng）能（néng）。